авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«ПАНИЧ А.Е. ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИЕ АКТЮАТОРЫ Учебное пособие Ростов-на-Дону 2008 УДК Печатается по разрешению Ученого Совета ...»

-- [ Страница 3 ] --

Отличительной особенностью изгибных актюаторов является их специфическое крепление - защемление. В связи с этим, их иногда называют защемляемыми актюаторами. Данная конструкция обеспечивает значительные перемещения при низкой жесткости, малой блокирующей силе и резонансной частоте. В зависимости от формы такие актюаторы бывают пластинчатыми и дисковыми.

Дисковые и пластинчатые изгибные актюаторы В свою очередь, они делятся на юниморфы и биморфы.

Юниморф состоит из пассивной металлической подложки, на которую наклеена пьезокерамическая пластинка или диск. Вместо металлической подложки используют пьезокерамическую пластину, таким образом получают биморф. В таком актюаторе каждая пластина работает (растяжение/сжатие) встречно по отношению к другой. Наибольшее распространение в пьезомеханике получили биморфы. Для увеличения жесткости биморфов между пластинами помещают металлическую пластинку (диск), что позволяет увеличить их ход и блокирующую силу.

Пластинчатые изгибные актюаторы - защемляются, как правило, консольно.

Рис.52 Крепление юниморфного пластинчатого актюатора Пьезокерамический юниморф реагирует на изменение управляющего напряжения точно также, как биметаллическая пластина реагирует на изменение температуры. Когда пьезокерамическая пластина находится под воздействием управляющего напряжения, она или сжимается или расширяется пропорционально приложенному напряжению. Так как металлическая подожка не меняет своей длины, то из-за сжатия и расширения пьезокерамики происходит отклонение актюатора пропорционально приложенному напряжению. Биморфная конструкция увеличивает изменение размеров пьезопластин, чем достигается значительное отклонение актюатора, достигающее уровня нескольких миллиметров при относительно малых размерах актюатора.

Существуют и широко используются, так называемые, последовательные пластинчатые биморфы (двухэлектродные) и параллельные пластинчатые биморфы (трехэлектродные), показанные на рис.53а и 53б соответственно. Величина отклонения таких актюаторов не велика.

У последовательных биморфов одна из двух пьезокерамических пластин всегда работает в направлении обратном направлению поляризации. Во избежание деполяризации максимальное электрическое поле ограничено несколькими сотнями вольт на миллиметр толщины.

Рис.53а Последовательный биморф.

Параллельные биморфы имеют пластины с поляризацией в одном направлении, которые соединены электрически параллельно.

Это определяет высокую чувствительность и возможность применять для управления напряжение смещения, генерирующее электрическое поле параллельное направлению поляризации, чем снижается риск деполяризации.

Рис.53б Параллельный биморф.

Благодаря композитной слоистой технологии компания APC International Ltd. создала ленточный актюатор (см. фото), изгибной пластинчатый пьезокерамический актюатор, который обладает величиной отклонения большей, чем у обычного биморфа.

Ленточные актюаторы Обе пластины актюатора поляризованы в одном направлении (параллельный двухслойный элемент, биморф). Между пластинами находится пригодный к пайке отрицательный электрод. Поверхность актюатора покрыта специальным лаком, который является электрическим изолятором, а также защищает актюатор от влажности, пыли и другого воздействия, что позволяет увеличить срок его эксплуатации. Патентованная слоистая технология повышает гибкость и позволяет увеличить степень отклонения актюатора.

Параллельное электрическое соединение пьезокерамических слоев обеспечивает высокую чувствительность к входному напряжению;

совместимость со схемой управления регулировкой смещения, что снижает возможность деполяризации слоев пьезокерамики.

Компания АРС производит пять стандартных типоразмера ленточных актюаторов, которые при обычном консольном способе крепления и максимальном управляющем напряжении 150В способны обеспечивать максимальную величину отклонения в зависимости типа от 0,7мм до 2,5мм.

Для увеличения отклонения изготавливают так называемые шаговые пластинчатые биморфы (см. фото). По сути дела это два пластинчатых юниморфа, один из которых крепится к свободному концу второго. В результате «шаг» актюатора удваивается, достигая величины 7-8мм. Однако полезная нагрузка на них не значительна.

Шаговый биморф Дисковые изгибные актюаторы Дисковые изгибные актюаторы защемляются по диаметру, и под приложенным напряжением они приобретают форму свода.

Рис.54 Дисковый юниморфный актюатор Перемещения, которые могут осуществлять дисковые биморфы, незначительны – до 200мкм, но при этом обладают субнанометрической разрешающей способностью. К достоинствам по сравнению с пакетными повторителями можно отнести их относительно невысокую стоимость и плоскую конструкцию.

Используются как в статическом, так и в динамическом режимах работы.

Дисковые актюаторы могут быть одно- и двухдисковыми.

Дисковые биморфные актюаторы компании Physic Instrumente На фото показаны дисковые повторители немецкой компании Physic Instrumente (PI) соизмеримые с размерами микропроцессора (слева внизу): двухдисковые (слева вверху и в центре) и однодисковый (справа, вид сверху и снизу).

8.8 Изгибно-натяжные актюаторы Изгибно-натяжные актюаторы сочетают в себе лучшие характеристики многослойных актюаторов и двухслойных актюаторов. Такие устройства преобразуют небольшой толщинный сдвиг многослойного пьезокерамического элемента в деформацию изгиба двух металлических пластин, охватывающих элемент.

Благодаря механическому усилению такого преобразования изгибно натяжные актюаторы демонстрируют многократное увеличение сдвига по сравнению с многослойными актюаторами, а также достигают значительно больших показателей силы и скорости реакции, по сравнению с эквивалентными двухслойными изгибными актюаторами. Обычно такие устройства имеют резонансную частоту от 300Гц до 3кГц.

В зависимости от формы их конструкции (см. рис. 55) изгибно натяжные актюаторы получили название «мууни» (эллипсоидные) и «кимвал» (тарелочные). Модификация «кимвал» может показывать гораздо большие перемещения (сдвиг) по сравнению с базовой конструкцией. Разработаны и другие типы конструкций изгибно натяжных актюаторов.

а б Пьезокерамика Рис.55 Изгибно-натяжные актюаторы: а –эллипсоидные, б – тарелочный 8.9 Актюаторы с интегрированным рычажным усилителем перемещения Для обеспечения субнанометрического разрешения при увеличенном перемещении могут быть сконструированы пьезоактюаторы с интегрированным рычажным усилителем перемещения. В этом случае рычажная система должна обладать значительной жесткостью, не иметь холостого хода и трения. Это означает, что в системе не должны использоваться шариковые и роликовые подшипники. Поэтому в рычажных системах усилителей перемещения используются пружинящие элементы Ниже приведены примеры конструкционных решений таких усилителей.

Рис.56 Простой рычажный усилитель перемещения.

Рис.57 Параллелограммный рычажный усилитель перемещения.

Уровень усиления равен (a+b)/a.

Рис.58 Сверхточный рычажный усилитель перемещения.

Пьезоактюаторы с интегрированными рычажными усилителями перемещения имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам относятся: увеличенный ход, компактность по сравнению с пакетными актюаторами, имеющими подобный ход, уменьшенную емкость, а значит меньше ток. Недостатки: сниженная жесткость и более низкая резонансная частота.

Ниже приведены уравнения применительно к (идеальным) рычажным усилителям перемещения любой элементарной первичной системы (пакетный актюатор и соединения).

Кsvs = К0 / r2 (8.8) Lsvs = L0 r (8.9) (8.10) fres-svs = fres-0 / r Где:

Кsvs – жесткость системы с рычажным усилителем перемещения [Н/м] К0 – жесткость первичной системы (пакетный актюатор и соединения) [Н/м] r – передаточное число рычага Lsvs – величина перемещения системы с рычажным усилителем перемещения [м] L0– величина перемещения первичной системы [м] fres-svs – резонансная частота системы с рычажным усилителем перемещения [Гц] fres-0 – резонансная частота первичной системы (пакетный актюатор и соединения).

Данные уравнения даны для идеальной конструкции рычажного усилителя перемещения с бесконечной жесткостью и нулевой массой.

Они также подразумевают, что нет потерь в жесткости узла соединения между актюатором и рычагом. На практике, для изготовления хорошего рычажного усилителя требуется значительный опыт в микромеханике и конструировании наномеханизмов. Здесь важно найти баланс между массой, жесткостью и стоимостью системы, с учетом выполнения условий минимизации трения и люфта.

Критическим является также соединительный узел между пьезоактюатором и рычагом. Узел должен обладать значительной жесткостью в направлении перемещения, и в то же время быть достаточно пластичным в других направлениях что бы не повредить пьезокерамику. Даже, если каждый из двух узлов имеет жесткость, сравнимую с пьезокерамикой, жесткость всей системы оказывается на уровне от жесткости пьезокерамики. Во многих 67% пьезоактюаторных системах жесткость пьезокерамики не является лимитирующим фактором при расчете жесткости всей системы.

8.10 Пьезофлексерные позиционирующие устройства (флексеры) Пьезофлексерные позиционирующие устройства (флексеры) в основном применяются в тех случаях, когда требуется получить исключительно прямое перемещение по одной и более осям с нанометрическим отклонением от идеальной траектории.

Флексеры – это устройства, не имеющие трения и стрикции, принцип работы которых основан на эластичной деформации (флексинге) твердого материала, например, стали. У них полностью отсутствует скольжение и качение. Кроме этого, флексеры могут изготавливаться с высокой степенью жесткости, большой нагрузочной способностью. Они износоустойчивы, малочувствительны к вибрации и ударам, по сравнению с иными приводами. Их можно делать их немагнитных материалов, они не требуют обслуживания, смазки и расходных материалов, в связи с чем, могут использоваться для работы в вакууме.

Параллелограммные флексеры обладают прекрасными характеристиками, с точки зрения выполнения команд. В зависимости от сложности и требований к допускам, их плоскостность и прямолинейность лежит в нанометрическом диапазоне. Основные параллелограммные флексеры имеют точное перемещение (сдвиг по дуге) с боковой ошибкой около 0,1% от полного сдвига (рис.52).

Величину ошибки можно определить по следующей формуле:

(8.11) Где:

H – величина боковой ошибки [м] L – пройденная дистанция (сдвиг)[м] H – длина флексера [м] Для случаев, когда эта ошибка недопустима, применяется специально разрабатываемая система управления с нулевой ошибкой.

Такая специальная конструкция используется при изготовлении флексерных панелей, что обеспечивает плоскостность и прямоугольность на нанометрическом или микрорадианном уровне (см. фото).

Флексерные актюаторы, флексерная панель Позиционеры на основе флексеров по таким параметрам, как разрешающая способность, плоскостность и прямолинейность, превосходят традиционные системы позиционирования (на базе шарикоподшипников, подшипников с перекрещивающимися роликами и т.п.). Присущие для традиционных позиционеров трение и прилипание на могут позволить их использование в случаях, когда требования по повторяемости составляют уровень 0,1-0,5мкм.

9. МОНТАЖ ПЬЕЗОАКТЮАТОРОВ 9.1 Рекомендации по монтажу пакетных актюаторов Строгое соблюдение рекомендаций по монтажу пьезоактюаторов поможет получить их максимальные возможности и увеличить их срок службы. Нельзя касаться металлическими инструментами за корпус актюаторов. Следует беречь корпус актюаторов от царапин и повреждений. Ниже приведены рекомендации по монтажу пьезокерамических пакетных актюаторов:

а) Пьезокерамические пакетные актюаторы без предварительной нагрузки весьма чувствительны к усилию вытягивания. В связи с этим рекомендуется осуществлять предварительную нагрузку актюатора величиной до 50% от блокирующей силы.

Рис.59 Не допускается приложения усилия вытягивания без предварительной нагрузки б) Пьезокерамические пакетные актюаторы должны нагружаться только строго вдоль его оси. Прилагаемая сила должна быть тщательно отцентрована. Нельзя допускать появления опрокидывающих или сдвигающих сил, появляющиеся из-за отсутствия соосности, так как они могут повредить актюатор.

Устранить эти явления можно путем применения сферического толкателя или гибкого флексера, соответствующих направляющих механизмов и т.п.

Рис.60 Не допускается приложения поперечных сил или закручивающей пары.

Рис.61 Для развязки поперечной силы и изгибающей силы применяется сферический толкатель или флексер в) Крепление пакетных актюаторов осуществляется путем приклеивании их к металлической или керамической поверхности с помощью эпоксидных смол с горячим или холодным отвердением соответственно. Предпочтительно поверхность предварительно отшлифовать. Во время приклеивания не следует превышать рабочей температуры актюатора.

Рис. 62 Малейшая несоосность может привести к чрезмерному давлению на пьезокерамику.

Не рекомендуется болтовое крепление обоих концов актюатора.

г) Влажность среды, в которой работает актюатор, должна быть как можно ниже, если актюатор не имеет специального гидронепроницаемого покрытия или корпуса. Для поддержания актюатора в сухом состоянии, рекомендуется применять специальные меры (покрытие корпуса специальными герметиками, обдув сухим воздухом и т.п. Для всех актюаторов следует избегать работы в условиях повышенной влажности в сочетании с долговременной подачей высокого напряжения постоянного тока.

д) При установке и любых других операциях с неподключенным пьезоактюатором важно, чтобы его контакты были закорочены. Если этого не сделать, то температурные изменения или изменения нагрузки могут вызвать появление электрического заряда на электродах пакета. В этом случае для осуществления разряда необходимо использовать резистор, т.к. быстрый разряд пакета, особенно без нагрузки, может вывести из строя пьезоактюатор.

е) Не следует загрязнять пьезокерамику проводящими или разъедающими субстанциями. Нельзя для чистки актюаторов использовать ацетон или чрезмерную ультразвуковую очистку при высоких температурах. Для очистки поверхности рекомендуется применять изопропанол.

9.2 Монтаж бескорпусных актюаторов Монтаж или адаптация пьезоактюаторов к механической системе в данном случае может осуществляется только через торцевые поверхности. Ведомая механическая система должна иметь предварительную нагрузку в отношении пьезоактюатора в виде пружинного механизма или блока упругости. Для приклеивания используются адгезивы (эпоксидные смолы, цианакрилатные клеи и т.п.), позволяющие иметь довольно тонкие и твердые клеевые соединения. Их температурные режимы должны лежать в пределах рабочих температур пьезоактюаторов.

Усилие должно прилагаться только в осевом направлении, особенно для актюаторов, имеющих большое соотношение «длина :

диаметр». Растягивающие силы не должны превышать нескольких процентов от величины допустимой сжимающей силы. Для пьезоактюаторов с малым сечением растягивающие силы принципиально не допустимы. Лучшим способом компенсации потенциальных растягивающих сил является использование систем предварительного механического напряжения. Сдвигающие и изгибающие силы также не должны превышать нескольких процентов от величины максимальной нагрузки, а для актюаторов с малым сечением – не допустимы.

Когда актюаторы имеют на торцевых поверхностях пьезокерамику, большие силы должны однородно воздействовать на всю площадь пьезокерамики во избежание возникновения больших локальных механических напряжений. Если трудно избежать больших локальных механических напряжений, то необходимо усилить торцевые поверхности пьезокерамики за счет использования стальных или корундовых пластин.

В общем, все причины, которые могут повлечь за собой потенциальное повреждение поверхности актюатора, должны быть исключены. Механическое крепление за тело актюатора также не допустимо.

9.3 Корпусные актюаторы Корпусные актюаторы, особенно с предварительным механическим напряжением, по сравнению с бескорпусными гораздо лучше противостоят механическим импульсам и воздействию окружающей среды. Но, в любом случае, монтаж должен быть таким, чтобы все прилагаемые силы имели направление вдоль оси актюатора. Силы растяжения не должны превышать величины предварительного механического напряжения актюатора.

Перенапряжение статическими растягивающими силами исключено в силу конструкции корпусных актюаторов, так как передвижной толкатель актюатора не имеет жесткой связи с пьезопакетом.

Сдвигающие и изгибающие силы частично компенсируются за счет механизма предварительного механического напряжения, но эффективность работы актюатора может быть ими снижена (отмечается снижение шага и неравномерное движение). После устранения действия этих сил пьезоактюатор продолжает работать нормально.

9.4 Кольцевые актюаторы Для данного типа актюаторов рекомендуются такие же правила монтажа, что и для предыдущих типов. Дополнительным требованием является не допущение любого механического повреждения с внутренней стороны поверхности актюатора. Это касается как бескорпусных кольцевых актюаторов, так и корпусных, имеющих пьезопакет, собранный из кольцевых пьезоэлементов.

9.5 Перекос Пакетные актюаторы, особенно кольцевые, широко используются в лазерной оптоэлектронике в целях прецизионного позиционирования (в интерферометрах, настраиваемых эталонах, резонаторах). Большинство из данных задач предполагает выполнение пьезоактюаторами поступательного перемещения.

Пользователи актюаторов могут полагать, что пьезоактюаторы не обладают перекосом торцевых поверхностей во время расширения, но это не совсем так. Остаточный перекос пьезоактюаторов может существовать за счет неоднородности пьезоэффекта керамики или за счет других внутренних напряжений, например вызванных тем пературными изменениями. Такие напряжения могут явиться следствием дополнительных монтажных процедур, как, например, процессом приклеивания зеркала к торцевой поверхности или горизонтальным монтажом нагружаемой массы. Поэтому пользователь актюатора должен принять решение по компенсации перекоса торцевых поверхностей. Существуют основные правила, которые следует выполнять в таком случае:

• перекос усиливается во многих случаях при ударах по торцам, • величина перекоса уменьшается с увеличением диаметра актюатора, в связи с этим актюаторы малых размеров весьма критичны к этому явлению, • предварительное механическое напряжение улучшает стойкость актюатора к перекосу, • для исключения перекоса при значительной величине хода актюатора следует применять дополнительный направляющий механизм, для того, чтобы пьезокерамика работала только в режиме толкания, а параллельность перемещения достигалась бы направляющим механизмом.

9.6 Пьезокатриджи Существует отдельный тип пьезокерамических пакетных актюаторов, который определяется особым типом крепления – это пьезокатриджи.

Пьезокатриджи – низковольтные пакетные актюаторы в корпусах из нержавеющей стали для фронтального резьбового крепления. Такое крепление обеспечивает относительно простое крепление пьезоактюатора к механической системе. Другой особенностью пьезкатиджей является тыльная подводка питающего кабеля. На фото ниже приведены примеры таких актюаторов.

Наибольшее применение пьезокатриджи находят в лазерной оптоэлектронике в целях прецизионного позиционирования. Ниже показана схема крепления зеркала и сверхточный блок для позиционирования лазерного луча с помощью пьезокатриджей.

Рис. Зеркало закреплено на качающейся платформе, установленной на подшипнике, прикрепленном к блоку позиционирования. В резьбу блока ввернут пьезокатридж, зафиксированный с помощью контргайки. Для обеспечения жесткости соединения пьезокатриджа с качающейся платформой в систему введена возвратная пружина.

Пьезокатридж имеет более низкую жесткость по сравнению с обычным пакетным актюатором из-за того, что в систему передачи силы включены дополнительно корпус пьезокатриджа и его резьба.

Введение контргайки несколько увеличивает жесткость. Поэтому пьезокатриджи могут выдерживать определенные (относительно небольшие) постоянные нагрузки, но не способны работать в режиме генерирования силы. В связи с этим в характеристиках пьезоактюаторов указывается только блокирующая сила.

10. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЬЕЗОАКТЮАТОРОВ Не смотря на то, что величина хода (отклонения) пьезокерамических актюаторов не значительна, они находят широкое применение во многих областях, таких как: настройка оптических инструментов;

управление и регулировка гидравлическими и пневматическими клапанами;

точная настройка рабочего тела станков;

подавление вредной вибрации и т.п. Некоторые примеры приведены ниже.

а) Компьютерная техника:

- тестирование головки регистра запоминающего устройства - торможение вращения дисков - тестирование дисков - погашение активной вибрации - лифтовой механизм в системе позиционирования диска - рецессивное тестирование б) Полупроводниковое производство и микроэлектроника:

- нано- и микролитография - нанометрология - позиционирование подложек и шаблонов - проверка критических размеров - тестирование систем - погашение активной вибрации в) Точная механика:

- высокоскоростной сервопривод - некруговое шлифование, ударное бурение - виброкомпенсация - структурная деформация - настройка инструмента - компенсация износа - привод игольчатого клапана - микронасос - линейный мотор - позиционирование кромки ножа в экструзионных инструментах - микро гравировочные системы - генераторы ударной волны г) Микробиология, медицина - сканирующие микроскопы - пэтч-кламп (метод в электрофизиологии) - нанолитровые насосы - генные манипуляторы - системы проникновения в клетки - микро диспенсеры (раздаточные аппараты) - микромоторы для хирургии д) Оптика, Фотоника, Нанометрология - сканирующие зеркала - стабилизаторы изображения, пиксельное увеличение - сканирующие микроскопы - системы автоматической фокусировки - интерферометрия - оптоволоконное визирование - оптоволоконное коммутирование - юстировка лазера - акустооптические модуляторы в лазерной технике - стимуляторы вибрации.

е) Автомобильная, авиакосмическая промышленность - пьезоуправляемые инжекторные клапаны впрыска топлива - пьезоприводы зеркал - пьезоприводы системы регулировки подвески - актюаторные системы антиблокировки тормозов - пьезоприводы регулировки фар - пьезоприводы регулировки сидений - космическая робототехника - пьезоприводы рулевых тяг - системы морфинга плоскостей летательных аппаратов и т.п.

10.1 Пьезоэлектрические насосы Пьезоактюаторы могут применяться для перекачки небольших объемов жидкостей и газов, управляя клапанами. В некоторых случаях нет необходимости иметь клапаны, роль которых могут выполнять сами пьезоактюаторы. Поочередное удлинение и сокращение пьезоэлектрического актюатора может быть использовано в качестве впускного/выпускного клапана для жидкостей и газов. Пьезокерамический диск или цилиндр способен переместить небольшой объем (0,001мм3 –0,01мм3) при высоком давлении;

гибкий дисковый двухслойный актюатор, состоящий из двух склеенных слоев керамики, или один слой керамики, наклеенный на металлическую мембрану, могут переместить объем в несколько кубических миллиметров. Радиально поляризованная трубка может также действовать как насос, так как при подаче управляющего напряжения уменьшается внутренний объем трубки, что обеспечивает выдавливание текучей среды.

Обычные однодисковые пьезокерамические актюаторы (рис.

64) обладают значительным давлением накачки, но низким перекачивающим объемом.

высота диска под напряжением направление поляризации высота диска без напряжения пьезокерамический диск Рис. 64 Однодисковый пьезокерамический актюатор в качестве насоса.

Толщина диска увеличивается при подаче управляющего напряжения. Во избежание деполяризации направленность приложенного электрического поля должна совпадать с направлением поляризации пьезоэлемента. Если прилагается напряжение переменного тока, то следует дополнительно подать постоянное напряжение смещения.

Величина деформация диска, вызванная приложенным электрическим полем E определяется следующим уравнением:

или (10.1) S = h / h = d33 · E h = d33 · h · E = d33 · U Изменение толщины диска в зависимости от механической нагрузки Т определяется следующим уравнением:

S = h / h = s33 · Т h = s33 · h · Т или (10.2) Где:

S - деформация h – величина изменения толщины диска h - высота (толщина) пьезокерамического элемента d33 - пьезомодуль U - электрическое напряжение E - величина электрического поля s33 - упругая податливость T - давление на элемент Исходя из этих уравнений давление, которое оказывает перекачиваемая текучая среда на элемент, Tb, а значит давление рb, необходимое для возврата или блокирования перемещения, вызванного пьезоэлектрическим эффектом, может быть определено следующим образом:

Tb = рb = (d33 · U) / (s33 · h) (10.3) Где:

d33 - пьезомодуль U - электрическое напряжение s33 - упругая податливость h - высота (толщина) пьезокерамического элемента Величина текучей среды, перемещаемая при каждом цикле растяжение/сжатие, может быть определена через расчет величины изменения объема диска - vol:

vol = h · А = d33 · U · А (10.4) Где:

vol – величина изменения объема диска A – площадь поверхности пьезокерамического элемента d33 - пьезомодуль U - электрическое напряжение Радиально поляризованная пьезокерамическая трубка (полый цилиндр) может использоваться как насос, так как внутренний объем такого цилиндра уменьшается, когда к нему прилагается управляющее напряжение. Основной формулой для этого эффекта является:

5) vol = - 3/2 · d33 · L · Ri · E Где:

L – длина цилиндра, Ri - внутренний радиус E - величина электрического поля В качестве пьезоэлектрических насосов могут использоваться изгибные пьезокерамические элементы (мембраны). Это могут быть комбинации двух пьезокерамических дисков (дисковый биморф) или пьезокерамического и металлического дисков.

выход вход Рис. 65 Дисковый изгибной пьезокерамический актюатор в качестве насоса.

Точные расчеты для такого насосного элемента весьма затруднительны. Эмпирические значения и упрощенные формулы используются для получения приблизительных объемов перемещения и давления.

Величина перемещения текучей среды может быть рассчитана путем определения смещения центра диска, Z = 10–10 (d2 / h2) U (10.6) vol = 0,5 Z (d2 / 4) = 0,5 (d2 / 4) 10–10 (d2 / h2) U= -11 4 (10.7) = 4 · 10 d / h · U Где:

Z – величина смещения центра диска (м) d – диаметр пьезокерамического элемента h - высота (толщина) пьезокерамического элемента U - электрическое напряжение vol – объем смещения (м3) Ориентировочную величину блокирующего давления (pB) можно определить по формуле 10.8. Как было указано ранее, величина давления будет гораздо ниже, чем для пьезокерамического диска или трубки.

pB 8 (h / d3) U (10.8) Где:

pB- величина блокирующего давления (Па) h - высота (толщина) пьезокерамического элемента d – диаметр пьезокерамического элемента U - электрическое напряжение 10.2 Пьезоэлектрические моторы Не смотря на то, что пьезоактюаторы имеют незначительный сдвиг, они могут использоваться для осуществления значительных линейных перемещений или вращения в конструкциях, называемых пьезоэлектрическими моторами. Такие моторы подразделяются на следующие типы: линейные, осевые толкающие, бегущей волны и стоячей волны.

Основная конструкция линейных пьезомоторов содержит три актюатора (рис. 66а), два из которых действуют как тормозящие (зажимы), и третий – как движитель.

Актюатор-движитель а б 1 актюатор- 2 актюатор- направление Клин Толкатель зажим зажим движения Рис. 66а и б Линейные моторы: а – «дюймовый червяк», б – «клиновой червяк».

Линейные моторы фирмы Physic Instrumente.

Рабочий цикл такого мотора состоит в следующем:

- первый тормозящий актюатор приводится в действие и зажимает один конец движителя;

- на актюатор-движитель подается напряжение, и он приводится в действие – удлиняется;

- второй тормозящий актюатор после максимального шага движителя, зажимает его;

- с первого тормозящего актюатора снимается напряжение, и он разблокирует движитель;

- движитель, с которого снимается напряжение, сжимается в направлении передвижения и т.д.

Такие моторы иногда называют «дюймовым червяком», довольно характерное название для такого типа передвижения.

Скорость такого мотора регулируется изменением шага (величиной амплитуды) и частоты.

Клиновой червяк (рис. 66б) более простой и экономичный вариант конструкции «дюймового червяка». В качестве толкателя используется пьезокерамический элемент.

Компания Physic Instrumente на базе сдвиговых актюаторов производит линейные моторы, примеры которых приведены ниже.

Линейные моторы N-214/215 NEXLINE® Piezo-Walk® являются специально разработанными сверхпрецизионными нанопозиционирующими актюаторами с величиной хода до 20мм, с разрешающей способностью на хуже 0,1нм и развиваемой силой до 400 Ньютон. Конструкция обладает высокой механической жесткостью, способна выдержать статическую нагрузку до 600Н.

Имеет систему автостопа в случае прекращения подачи управляющего напряжения. При работе практически не выделяется тепло.

Моторы применяются в производстве полупроводников и их тестировании, проверки подложек, для нано-литографии, наноимпринтинга, нанометрологии, в устройствах активной компенсации вибрации, а также для работы в сильных магнитных полях. Разработка защищена патентами German Patent No. 10148267 и US Patent No. 6,800,984. На фото показаны внешний вид N- NEXLINE® мотора, а также шести векторный актюатор с параллельной кинематикой на основе этих моторов, предназначенный для работы в сильном электромагнитном поле.

Осевой толкающий мотор состоит из статора, в который входят пьезокерамические элементы и вибратор (металлический цилиндр), и ротора. При подаче управляющего напряжения статор входит в механический резонанс. Осевые перемещения преобразуются в эллиптическое вращение, передающееся ротору, который начинает вращаться.

Рис. 67 Схема осевого толкающего мотора.

В качестве примера ниже приведены фотографии и типоразмеры осевых пьезомоторов для микрохирургии.

Внешний Длина статора Общая длина диаметр 2,4mm 10mm ~ 15mm 1,6mm 6mm ~ 10mm 1,6mm 4mm ~ 5mm В моторах бегущей волны специальным образом поляризованный пьезокерамический элемент приклеен к кольцу статора. Пьезоэлектрический элемент в моторах бегущей волны представляет собой довольно сложную конструкцию.

Рис.68 Пьезокерамическое статорное кольцо мотора бегущей волны.

Подаваемое переменное электрическое напряжение вызывает резонанс и генерирует волну. Волна распространяется по или против часовой стрелки, вызывая эллиптическое перемещение верхней части статорного кольца, которое воздействует на поверхность ротора, покрытую специальным фрикционным материалом, уменьшающим износ.

подшипник Рис. 69 Схема мотора бегущей волны.

Мотор бегущей волны имеет ряд важных характеристик:

высокий вращающий момент, низкую скорость вращения, большую скорость реакции, довольно плоскую конфигурацию, ненадобность в тормозах. В качестве недостатков можно отметить необходимость применения сложной электроники для управления ими. Кроме этого, изготовление пьезокерамического элемента является весьма сложной и дорогостоящей технологической процедурой. В связи с этим, они не могут заменить простые электромоторы, и применяются только для специальных задач, где требуются их специфические характеристики.

По сравнению с мотором бегущей волны мотор стоячей волны не такой сложный. Для его создания требуются: однородно поляризованный пьезоэлемент, более простая электроника и один источник питания. Мотор стоячей волны роторного типа около 3мм в диаметре был сконструирован на основе пьезокерамического кольца, склеенного с металлическим диском, изготовленным в виде четырех лопастной «ветряной мельницы» (см. рис. 70), что позволяет генерировать повышение и понижение торсионных двойных колебаний. Такой мотор прост и недорог в изготовлении, что позволяет его использование даже в одноразовых системах.

Рис. 70 Схема мотора стоячей волны.

Тепло – это один из важных факторов, который следует учитывать при конструировании пьезоэлектрических моторов. Тепло, выделяемое при работе мотора, может поднять его температуру до таких пределов, когда наступает деполяризация пьезокерамического элемента. В связи с этим, пьезоэлемент должен изготавливаться из керамики с высокой точкой Кюри и большой механической добротностью. Для пьезокерамических элементов, изготовленных из цирконата титаната свинца (ЦТС), механическая добротность на частоте антирезонанса выше, чем на частоте резонанса, а уровень повышения температуры ниже, благодаря уровню скорости внутренних колебаний (вибрации).

(10.9) v0 = ( 2) ( f u max) Где:


v0 - скорость вибрации f - частота резонанса или антирезонанса umax - максимальная амплитуда колебаний пьезоэлектрического элемента Таким образом, для пьезоэлектрических моторов целесообразно использовать не резонансную, а антирезонансную моду колебаний пьезоэлемента.

10.3 Пьезоэлектрические сканеры Компания Physic Instrumente на базе сдвиговых актюаторов производит пьезоэлектрические сканеры. Пьезосканирующее ® устройство P-363 PicoCube XY/XYZ было разработано для использования в нанотехнике в качестве сканеров и наноманипуляторов, для использования в сверхскоростных ЗУ и для наномикроскопов. Они также прекрасно подходят в качестве сканирующих устройств и манипуляторов в биотехнологии, для наноимпринтинга (нанопечати), нанолитографии, поточечного измерения показателя преломления со сверхвысокой степенью разрешения, оптической сканирующей микроскопии и нано поверхностной метрологии.

Имея небольшие габариты (30 х 30 х 26мм – версия XY и 30 х х 40мм для версии XYZ) такие устройства легко интегрируются в любую аппаратуру сканирования. Резонансная частота 9,8кГц по ординате Z и около 3кГц по X и Y. Величина сдвига по любой ординате – 5мкм при разрешающей способности не хуже пикометров.

Двух- и трехосевые пьезопозиционирующие и сканирующие системы Р--363.PicoCube® (на заднем плане СИМ-карта для сравнения размеров) 10.4 Другие примеры использования пьезоактюаторов а) Регулировка с нанометрической точностью линз и зеркал в оптических приборах и инструментах Блоки формирования изображений на базе изгибного актюатора линза пружина головка видеозаписи б) Привод и управление гидравлическими и пневматическими клапанами изгибными актюаторами выход выход изгибной актюатор вход вход выход выход б) Привод и управление гидравлическими и пневматическими клапанами пакетными актюаторами вход выход поперченный (d31) актюатор осевой (d33) актюатор жиклер выхода б) Точная настройка и подавление вибрации и шума рабочего тела станков с помощью пакетных осевых и поперечных актюаторов.

Благодаря высокой жесткости пакетных актюаторов они идеально подходят для скоростной и точной настройки не только рабочего тела станка, но и даже заготовок деталей. Подавая фиксированное управляющее шаблонное напряжение в фазе вращения, например, суппорта можно изготавливать овальные или эксцентричные детали. С другой стороны, подавая в противофазе управляющее напряжение определенной амплитуды можно демпфировать нежелательную вибрацию станка, его рабочего тела или заготовки. Это сможет также значительно снизить и шумы станочного оборудования. На рисунке показана схема двух координатного стола для точного позиционирования.

11. ФИЛОСОФИЯ ЭЛЕКТРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЬЕЗОАКТЮАТОРАМИ 11.1 Параллельная и последовательная кинематика/метрология а) Прямая и не прямая метрология Для определения позиции актюатора или актюаторной системы с высокой точностью используется прямая метрология, в которой применяются бесконтактные датчики. Наилучшим решением для измерений координат вдоль оси перемещения является применение двухпластинчатых емкостных датчиков, установленных непосредственно на подвижную платформу сервоуправляемой системы. Разрешающая способность и повторяемость в этом случае может достигать 0,1нм.

Не прямая метрология – измерение величины деформации в некоторых точках привода – не дает положительных результатов в системах точного позиционирования.

б) Параллельная и последовательная кинематика Существует два основных принципа проектирования многовекторных позиционирующих систем: последовательная кинематика и параллельная кинематика.

Последовательная кинематика легче в проектировании и построении, а также может управляться простым контроллером.

Вместе с тем, она имеет ряд недостатков по сравнению с параллельной кинематикой. В многовекторных последовательных кинематических системах каждому актюатору задан только один угол свободы перемещения. Если в такую систему интегрированы датчики положения, то им также задан определенный угол, и они ведут измерение только в заданном направлении перемещения. Все нежелательные флуктуации (помехи в управлении) в остальных пяти степенях свободы не могут быть отслежены, в связи с чем, система обратной связи не может компенсировать эти флуктуации, что ведет к суммарной ошибке.

В параллельной кинематике многовекторных систем все актюаторы действуют на одной движущейся платформе. Только так можно достичь одной резонансной частоты и одинакового динамического поведения по осям X и Y. Кроме этого, в параллельную кинематическую систему легко внедрить параллельную метрологию. Датчики параллельной метрологии отслеживают и измеряют все перемещения в своем направлении не только одного актюатора. Поэтому нежелательные флуктуации любого из актюаторов могут быть компенсированы в реальном масштабе времени (активный контроль траектории). В результате девиация от идеальной траектории значительно меньше, выше повторяемость и плоскостность, как показано на рис. 71а.

Рис.71а Принцип работы пакетной XY платформы (последовательная кинематика). Преимущества: простая модульная конструкция. Недостатки: выше инертность, выше центр тяжести, движущиеся кабели (могут вызвать увеличение трения и гистерезис). Нет возможности использовать интегрированную метрологию и активный контроль траектории (система автоматической коррекции внеосевых ошибок).

Рис.71б Принцип работы гнездовой XY платформы (последовательная кинематика). Ниже центр тяжести и немного лучше динамика в сравнении с пакетной платформой. Но сохраняются остальные недостатки пакетной системы, включая ассиметричное динамическое поведение по осям X и Y.

Рис.71в Принцип работы гнездовой XYZ пьезоплатформы параллельной кинематики. Все актюаторы работают непосредственно на одной центральной платформе.

Интегрированная параллельная метрология отслеживает все перемещения во всех контролируемых степенях свободы внутри следящей системы. Положение центральной подвижной платформы определяется непосредственно емкостными датчиками, позволяющими проводить корректировку всех девиаций от заданной траектории в реальном масштабе времени. Это свойство, называемое активным управлением траектории, невозможно при последовательной метрологии.

Рис.72 Плоскостность (по оси Z) шести векторной нанопозиционирующей системы с системой активного управления траекторией на площади сканирования 100 х 100мкм. Движущаяся часть такого параллельного позиционирующего устройства оснащена сверхпрецизионной параллельной метрологией на основе емкостных датчиков на всех шести степенях свободы. Датчики постоянно отслеживают реальное положение относительно стационарной внешней метки. Цифровой контроллер производит сравнение шести координат реального положения с заданной координатой. В дополнение при сканировании по осям X и Y контроллер также отслеживает и корректирует любую девиацию по остальным четырем направлениям 11.2 Пьезомеханика и электрический заряд Из уравнения емкости можно рассчитать величину заряда Q = U · C. Для обычного конденсатора емкость величина постоянная, т.е.


величина заряда конденсатора пропорциональна приложенному к его контактам напряжению. Так как пьезопакет подобен многослойному керамическому конденсатору, то это положение действительно и для него. Необходимо подчеркнуть, что для пьезоактюатора величина емкости не является постоянной величиной. Она варьируется в зависимости от величины управляющего напряжения, механической нагрузки, температуры и т.д.

Величина заряда пьезоактюатора является важным показателем, так как такие его кинетические параметры, как скорость и ускорение можно легко вывести из значения заряда пьезопакета:

• позиция актюатора – соответствует величине электрического заряда Q • изменение в позиции – является следствием изменения величины заряда Q • скорость – соответствует Q / t = I (ток) • ускорение - соответствует Q2 / t2 = I / t = скорость нарастания величины выходного тока Управление пьезоактюаторами с разомкнутыми контактами с помощью изменения заряда или тока дает:

- линеаризацию перемещения - увеличивает его жесткость - увеличивает надежность актюатора в условиях работы в очень динамичном режиме.

11.3 Линеаризация перемещения Хорошо известно из опыта применения пьезокерамических актюаторов, что зависимость величины деформации от величины заряда становится почти линейной и практически не имеет гистерезиса (около 1%). На графиках (рис.73) приводятся сравнительные диаграммы зависимости шага стандартного пьезокерамического актюатора при управлении напряжением или зарядом с частотой сигнала 20Гц.

Рис.73а Зависимость шага от Рис.73б Зависимость шага от напряжения заряда Очевидна лучшая линейность при управлении актюатора зарядом. Величина гистерезиса в этом случае снижена более чем на один порядок.

Другим эффектом «напряжения» является крип. Пьезоактюатор показывает небольшое значение позитивного крипа в определенный промежуток времени, после совершения шага в результате приложенного управляющего напряжения. Это является «ферроэлектрическим» эффектом, когда состояние поляризации пьезокерамики меняется с изменением электрического заряда, вызываемого источником управляющего напряжения. Крип сразу же прекращается, как только заряд пьезоактюатора стабилизируется. Это можно продемонстрировать с помощью простого эксперимента: На актюатор подается постоянное напряжение и измеряется величина совершенного шага. После этого отключается от источника напряжения (состояние постоянного заряда), и крип сразу же прекращается. Необходимо отметить, что в этом случае происходит незначительный отрицательный крип за счет саморазряда актюатора.

Время саморазряда за счет токов утечки составляет обычно от нескольких часов до нескольких дней.

Значимость линеаризации на практике – простая форма возбуждения пьезоактюатора в динамическом режиме работы.

Синусоидальный электрический ток будет преобразован в монохроматические синусоидальные колебания без боковых полос, которые присутствуют в случае управления напряжением, с присущим ему нелинейностью и гистерезисом. Ниже приведена схема спектра механических частот пьезоактюатора на примере управляющего сигнала одной частоты:

Входной сигнал с частотой fi управление напряжением током механический отклик многомодовый одномодовый Рис.74а Управление напряжением Рис.74б Управление током Следует иметь в виду, что ток контролирует «скорость». В случае гармонического возбуждения происходит 90 фазовый сдвиг в вариации позиции.

На первый взгляд управление зарядом является идеальным для простого обеспечения позиционирования без использования системы обратной связи. Но точность позиционирования при этом, как и для электрострикционных актюаторов, лежит всего лишь в 1% диапазоне.

Поэтому, обеспечение точности позиционирования, лежащей в пределах не хуже, чем 10-4 10-6, обычно достигается применением пьезоактюаторов, управляемых системами обратной связи. В большинстве случаев используется позиционирование с системой обратной связи с напряжением в качестве управляющего сигнала.

Преимущества управления зарядом или током с системой обратной связи используются при необходимости снижения времени отклика в задачах высокоскоростного позиционирования.

11.4 Прирост жесткости за счет управления зарядом или током Как было показано выше эффективная жесткость пьезоактюатора (величина обратная податливости) зависит от его зарядового баланса. Управление с помощью напряжения не может обеспечить пьезоэлектрический «эффект генератора», если к актюатору приложена переменная нагрузка. В этом случае генерируемые электрические заряды уравновешиваются усилителем напряжения с целью поддержания постоянства управляющего напряжения, чем снижается жесткость актюатора.

Зарядовое управление с помощью усилителя тока обеспечивает такой «эффект генератора» в режиме переменной нагрузки, так как любой нежелательный поток заряда блокируется соответственно увеличивающимся выходным напряжением усилителя и компенсирующим пьезогенераторным эффектом. Поэтому жесткость актюатора при управлении током значительно выше по сравнению с управлением напряжением.

На практике «философия заряда» используется для достижения высокой динамической жесткости актюатора с помощью усилителей тока, например, системах адаптроники для генерации или компенсации вибрации.

11.5 Надежность Ускорение пьезоактюатора, как указывалось выше, связано с выходным током зависимостью I / t. Для условий высоко динамичной работы, что соответствует режиму работы при больших токах, наблюдается наложение флюктуаций тока на сигнал управления, что вызывает высокий уровень помехи в ускорении перемещающегося актюатора. Это способно вызвать более сильные резонансные осевые колебания по длине пьезопакета, которые не могут быть погашены даже значительным уровнем предварительного механического напряжения. В результате, из-за локального возбуждения растягивающего напряжения может произойти повреждение или разрушение пьезокерамической структуры актюатора. Поэтому, с одной стороны, структура тока заряда должна быть оптимизирована для обеспечения желаемого высокого ускорения, но с другой стороны, она должна быть гладкой для исключения нежелательных значительных колебаний величины тока.

Дискретные высоковольтные пьезоактюаторы более устойчивы к колебаниям тока, чем монолитные спеченные пьезопакеты.

11.6 Блоки управления пьезоактюаторами Основное требование – любой тип усилителя, используемый для управления актюаторами, должен обеспечить необходимый уровень напряжения и тока для передачи энергии пьезоактюаторной системе.

Усилители напряжения должны обеспечивать увеличение входного сигнала в пропорциональный выходной сигнал.

Напряжение, приложенное к пьезоактюатору, определяет позицию актюатора. Изменение индуцированного тока зависит от емкости актюатора, уровня выходного напряжения и стратегии управления.

При выборе усилителя напряжения важно учитывать следующие положения:

• рабочий диапазон управляющих напряжений не должен достигать максимально допустимого напряжения питания пьезоактюатора, • усилитель должен обеспечивать достаточно высокий уровень тока для обеспечения достаточно широкой полосы пропускания частот, • напряжение должно иметь достаточную стабильность при минимальных шумах для обеспечения требуемой стабильности позиционирования.

Следует отметить, что усилители напряжения находили широкое применение в прошлом, и в настоящее время уступают место усилителям тока.

Усилители тока преобразовывают входной сигнал в пропорциональны выходной ток. Усилители тока управляют скоростью актюатора. Позиционирование осуществляется определенной задержкой или фазовым сдвигом. В случае гармонических колебаний позиция меняется при фазовом сдвиге относительно входного сигнала усилителя.

Изменение индуцированного выходного напряжения зависит от механической нагрузки на актюатор, частоты управляющего сигнала и стратегии управления. Обычно усилители работают в диапазоне стабильного центрального напряжения, эквивалентного требуемой средней позиции пьезоактюатора.

Усилители тока применяются для динамической работы актюаторов. Поэтому частота управляющего тока усилителей тока должна быть выше определенной частоты (приблизительно на 5 10Гц).

При выборе усилителя напряжения важно учитывать следующие положения:

• усилитель должен обеспечивать достаточно высокий уровень тока для обеспечения относительно широкой полосы пропускания частот, • рабочий диапазон управляющих напряжений не должен достигать максимально допустимого напряжения питания пьезоактюатора. Более широкий диапазон напряжений определенно повредит актюатор, так как изменения напряжения нельзя контролировать внешними системами регулировки тока.

Гибридные усилители напряжения-тока. Такие усилители предусматривают комбинацию двух каскадов усиления: по току и по напряжению. С каскадом усиления по напряжению позиция пьезоактюатора может контролироваться в статическом или низкочастотном режиме. Для динамического режима выше определенной частоты используется каскад усиления по току, который реализует все свои преимущества.

Усилители заряда. Уровень заряда актюатора соответствует его позиции. График зависимости перемещения от заряда подобен зависимости от напряжения, но с лучшей линейностью и без гистерезиса. Управление актюатора с помощью заряда обычно применяется для очень высоко динамичного перемещения. Подобно управлению током, строго ограниченный по времени импульс передает пьезокерамике заряд определенной величины. Такая система применяется для быстрого пропорционального впрыска дизельного топлива.

12. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПЬЕЗОАКТЮАТОРЫ Как указывалось выше, ЦТС пьезокерамика будет являться основным материалом для твердотельных актюаторов в ближайшей и среднесрочной перспективе. Тем не менее, развитие науки и техники уже сейчас требует решения специфических задач в области пьезомеханики и нанотехнологий. В связи с этим, производители при создании нового поколения пьезоактюаторов значительное внимание уделяют новым пьезоматериалам, которые по техническим и ценовым параметрам смогли бы удовлетворить современным требованиям.

Пьезокерамические волоконные композиты и полимеры дают высокий коэффициент связи, низкий акустический импеданс, минимизируют поперечную моду связи и усредняют диэлектрическую постоянную.

Ниже приведен пример волоконно-композитного актюатора на основе пьезокерамики ЦТС.

ЦТС волоконно-композитный актюатор Основные характеристики такого актюатора: гибкий и прочный с увеличенной эффективной направленной деформацией и направленной чувствительностью, обладает свойствами адаптации к поверхности. Основное применение: контроль вибрации, накопление энергии, использование в датчиках давления и датчиках деформации.

Продолжаются исследования в области создания пьезоэлектрических устройств MEMS и пьезоприводов, использующих пленки ЦТС.

Разработаны и осуществляются программы так называемого морфинга летательных аппаратов с целью снижения сопротивления планера за счет использования актюаторов, изготовленных на базе пьезоэлектрических полиимидов путем нанесения MEMS пьезоэлектрического покрытия на плоскости.

.

На основе окиси цинка (ZnO) разрабатываются нанопиллерсы для создания большого разнообразия наноустройств, включающих нанорезонаторы, нанофильтры и нанокоммутаторы.

Большое значение уделяется развитию мультиморфных пьезокерамических структур, на основе которых планируется создание микро и нано робототехники: роботизированной микроруки, микрозахватов и наноманипуляторов, микро и нано пьезоинъекторов и т.д.

Литература:

1. М. Ванг, Л.Е. Гросс, Пьезоэлектрический псевдосдвиговой многослойный актюатор (1999).

2. Дж. Фраден, Справочник по современным сенсорам. Издание второе. Вудбари, Нью-Йорк (1997) 3. К. Яао, В Жу, К. Учино, Л.С. Лим, Конструкция и производство высоко эффективных многослойных пьезоэлектрических актюаторов с деформацией изгиба. (2000) 4. К. Учино, Б. Кос, Компактные пьезоэлектрические ультразвуковые моторы. (2000) 5. К. Учино, Ферроэлектрические устройства. Марсель Деккер, Нью Йорк (2000) 6. К. Учино, Пьезоэлектрические актюаторы и ультразвуковые моторы. Лондон (1997) 7. К. Учино, С. Хиросе, Механизмы потерь в пьезоэлектричестве (2000).

8. Дж.Х. Йоо, Дж.И. Хонг, В. Као, Пьезоэлектрические керамические биморфы на тонких металлических пластинках, как вентилятор охлаждения электронных устройств (2000).

9. Филипс компоненты, Пьезоэлектрическая керамика: свойства и применение (1991) 10. АПС Интенашинел Лтд., Пьезоэлектрическая керамика:

принципы и применение (2003) 11. АПС Интенашинел Лтд., сайт компании www.americanpiezo.com 12. Фюзик Инструменте, сайт компании www.physikinstrumente.com

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.